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BrauWelt | Nr. X (2016) 1

Desinfektionsmittelfreie Wasseraufbereitung

Autoren: Dr. elias schön-schreib, leiter For-schung & entwicklung, KuK Klar-und-Kostbar GmbH, Musterstadt

GUT komBINIERT | Hervorragendes Wasser ist die Basis für her-

vorragendes Bier. Diese schon fast banale Feststellung verlangt

nach einem verlässlichen Wasseraufbereitungsprozess. Auf der

Suche nach einem eben solchen System ist die Brauerei Frischbier

& Sohn GmbH, Rösthausen, einer neuen Philosophie gefolgt:

Desinfektionsmittelfreiheit. Sie setzt auf die Kombination aus

Ultrafiltration (UF) zur Entkeimung und Umkehrosmose (RO) zur

Teilenthärtung.

DIE BRAUEREI Frischbier gilt als eine Säule der niederbayerischen Bierkultur. Brauereigründer Johann Malz hatte die Braustätte 1849 am Röstlbach errichtet und an dieser Stelle braut die familienge-führte Mittelstandsbrauerei auch heute noch. Inzwischen steht Rupert Malz dem Unternehmen in 7. Generation vor und die Produktion liegt bei einem Jahresausstoß von rund 100 000 hl. Das Frischbier Sorti-ment umfasst die Sorten Frische Weiße, ein naturtrübes Hefeweißbier, Frische Klar, ein Kristallweizen, Frische Hell und Dunkel, ein obergäriges Helles und ein Kellerbier, sowie den Frischling, ein alkoholfreies Helles für den sportlichen Konsumenten. Regional bekannt sind auch das Radler Frischmix und die Zitronenlimonade Frischlinda.

lGärung im offenen GärbottichInhaber und Braumeister Rupert Malz, der seit über 20 Jahren auch für die Qualität bei Frischbier verantwortlich ist, verweist stolz auf das traditionelle Weißbierverfahren, das die Brauerei wie vor über 100 Jahren mit klassischer Weißbiergärung in offenen Gärbottichen umsetzt.

„Um dieses traditionelle Weißbierver-fahren in offenen Gärbottichen auch hy-gienisch sicher durchführen zu können, ist eine hervorragende Wasserqualität un-abdingbar“, betont der Brauereichef. Im Laufe der vergangenen Jahre hat die Brau-erei ein durchgängiges Hygienekonzept umgesetzt. 2012/2013 stand in diesem Zusammenhang die Erneuerung der über 25 Jahre alten Wasseraufbereitung auf dem Programm. Drei Hersteller gaben ihre Angebote ab. „Ich hatte immer die Ideal-vorstellung einer Wasseraufbereitung, die sich aus Ultrafiltration und Umkehrosmo-se zusammensetzt“, betont Malz. „Die KuK Klar-und-Kostbar GmbH, ein Musterstädter Anlagenbauer, war der einzige Anbieter, der diese Kombination von sich aus anbot und war damit Wegbereiter für dieses Konzept.“

lNeue Reinigungs-Philosophie

Überrascht war man bei Frischbier zu-nächst von der Philosophie der Desinfek-tionsmittelfreiheit bei der Reinigung der Anlage. „Das konnten wir uns anfangs gar nicht vorstellen. Jetzt, nach gut einem Jahr

Laufzeit, hat die Anlage unter Beweis ge-stellt, dass es funktioniert“, erklärt Malz.

Jedes Produkt in der Brau- und Getränke- industrie beginnt mit dem Rohwasser. Bei der Getränkeherstellung ist die Qualität des Produktwassers mit über 90 Prozent Anteil einer der Schlüsselfaktoren für die Qualität des Endprodukts. Die mikrobiolo-gische Qualität des Produktwassers steht im Produktionsprozess besonders im Fo-kus. Gemäß der Hersteller-Philosophie kann dabei hinsichtlich der Formation und des Eintrags von Desinfektionsmittelne-benprodukten (DNP) auf den Einsatz von chemischen Desinfektionsmitteln zur Pro-duktwasseraufbereitung völlig verzichtet werden. Das hat zur Folge, dass DNP we-der gebildet noch eingetragen werden und deshalb auch keine Wechselwirkung mit den Inhaltsstoffen des Produkts stattfin-den kann. Das aufbereitete Wasser wird nicht durch Chemikalien belastet. Desin-fektionsmittelfreiheit bedeutet einerseits keine Desinfektion des Rohwassers und Produktwassers, andererseits aber auch keinen aktiven Netzschutz zur Vermei-dung von Biofilmen und keine mikrobielle

Abb. 1 Hier steht dann Ihre Bildunterschrift

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Stabilisierung von Wasserreserven. Wie lässt es sich desinfektionsmittelfrei arbei-ten? Für KuK gehört dazu:

■ die Minimierung der Ausgangskeimzahl; ■ die Vermeidung einer Reinfektion durch

Biofilmwachstum in Rohrleitungen und Anlagen;

■ die Minimierung der Zwischenspeiche-rung von Wasser auf das Wesentliche;

■ die lückenlose Reinigbarkeit der Anlage und der Rohrleitungen;

■ sowie die Verwendung von alternativen Methoden – die chemiefreie Sanitisie-rung.

lHeißwasser-Sanitisierung

Umgesetzt wird dieses Konzept durch die Verwendung von Membrantechnologie wie eben der Ultrafiltration, durch einen ge-schlossenen Prozess mit variabler Anlagen-leistung und einer Online-Rückspülung. Alle Anlagenteile inklusive der Zwischen-verrohrung müssen in Hygienic Design nach den Gestaltungskriterien für hygi-enegerechte Maschinen ausgeführt und sicher CIP- und SIP-fähig sein. Zusätzlich bezieht der Anlagenhersteller die Anwen-dung einer Heißwasser-Sanitation bei ca. 85 °C in das Konzept mit ein. Die thermische Sanitisierung bewirkt eine Reduktion von Keimen um mehrere Zehnerpotenzen (log Rate). Wassertemperaturen unter 60 °C fördern das Keimwachstum und sorgen für eine Infektionsgefahr. Bei Temperaturen über 75 °C werden die bierschädlichen Kei-me abgetötet.

Durch den Einsatz von leckagesicherer Ventiltechnik, insbesondere von Doppel-sitzventilen, wird ein vermischungssicheres Trennen von Medien gewährleistet. Alle Dichtungen und Verbindungen sind durch-gehend hygienisch nach DIN 11864 ausge-führt. Die komplette Anlagenverrohrung wurde soweit möglich gebogen, verblei-bende Verbindungen wurden ausschließ-lich orbital geschweißt und rechtwinklige Rohrabzweige ausgehalst ausgeführt. Alle Anlagenteile, einschließlich der Rohrlei-tungen, sind über die interne CIP-Anlage durchgängig reinigbar und mit Heißwasser bei ca. 85 °C sanitisierbar. Bei der Sanitisie-rung wird Heißwasser definiert über Wär-metauscher mit ein Grad Kelvin pro Minute aufgeheizt, dann alle Anlagenkomponen-ten mit 85 °C heißem Wasser sanitisiert und abschließend definiert um ein Grad Kelvin pro Minute wieder abgekühlt.

lUltrafiltration

Die KuK Expert001-Wasseraufbereitungs-anlage bei Frischbier setzt sich aus mehre-ren Modulen zusammen: einer Ultrafiltra-tion, einer Umkehrosmose, einer eigenen CIP-Einheit, zwei großen Puffertanks mit je 300 hl Fassungsvermögen für Prozess- und Brauwasser sowie einem kleineren Lagertank für entsalztes Kesselwasser. Alle Lagertanks sind oben und unten mit Klöp-perboden ausgestattet. Sie sind durch ein positives Druckgefälle mittels Gebläse und Sterilluftfiltern überlagert. Ultrafiltration und Umkehrosmose sind direkt, ohne Zwi-

schentank, miteinander geblockt, die Inte-grität der Ultrafiltrationsmembranen wird regelmäßig automatisch getestet.

Die Expert UF Membrantechnologie als Ultrafiltration mit Hohlfasern wird einge-setzt, wenn die Zusammensetzung der im Wasser gelösten Stoffe wie Salze und Was-serhärte erhalten bleiben und nur ungelös-te Bestandteile filtriert werden sollen. Bei der Ultrafiltration werden Partikel größer 0,02 μm zuverlässig aus dem Wasser ent-fernt. Dies umfasst auch die Eliminierung fast aller Bakterien und Viren mit einer Re-duktionsrate von 10-6 (log 6).

Das Ultrafiltrationsverfahren erfolgt in einem Membranmodul mit Hohlfaser-membranen, das nach dem Prinzip der Dead-End-Filtration funktioniert. Die Ul- trafiltration mit Hohlfasern bietet eine gro-ße Oberfläche für den Filtrationsvorgang mit nur geringem Druck, was einen redu-zierten Energieverbrauch mit sich bringt.

Bei der hier angewandten In-/Out-Ver-fahrensweise strömt das Rohwasser in die Hohlfasern ein und das filtrierte Wasser fließt über die PES-Membran der Hohlfaser ab. Das abströmende Ultrafiltrat wird im zentralen Rohr innerhalb des Membran-moduls gesammelt und abgeleitet. Die Rei-nigung der Hohlfaserelemente geschieht durch Rückspülen entgegen der Filtrati-onsrichtung mit Ultrafiltrat. Dabei werden einzelne Filterelemente abgeschaltet, wäh-rend die anderen Filterelemente weiterhin Ultrafiltrat sowohl für die Rückspülung als auch für die kontinuierliche Bereitstel-lung produzieren. Durch dieses getrennte Schalten der Filtereinheiten können die einzelnen Filtermodule direkt mit Ultrafil-trat gespült werden, das ohne Zwischen-lagerung in einem Stapeltank und ohne Einsatz einer Rückspülpumpe direkt von den weiter betriebenen Filtermodulen ge-liefert wird. Dies vermeidet nicht nur eine mögliche Kontamination des Ultrafiltrates, sondern gewährleistet sogar die volle Pro-duktion während des Rückspülvorganges. Bei Bedarf kann die Anlage mit Heißwasser-Sanitisierung bei 85 °C ausgeführt werden.

lUmkehrosmose

Das anschließende Modul Expert RO dient zur Wasserentsalzung mit einem Rückhalt von mindestens 99,5 Prozent. Das erzeugte Permeat kann nach einem geregelten Ver-schnitt mit dem Speisewasser der Umkehr-osmose als Brauwasser oder als Prozess-wasser eingesetzt werden. Reines Permeat

Abb. 2 Hier steht dann Ihre Bildunterschrift

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kann direkt als Kesselspeisewasser ver-wendet werden. Die Umkehrosmose liefert eine konstante Qualität und Ausbeute des Produktwassers unabhängig von Schwan-kungen im Rohwasser. Da die RO mit Edel-stahldruckrohren ausgeführt ist, besteht auch hier die Möglichkeit der Heißwasser-sanitisierung, die immer eine konstant ho-he mikrobiologische Sicherheit gewährleis-tet. Ein Aufbau von Biofouling wird damit vermieden, die Mikrobiologie bleibt stets beherrschbar.

Die Bedienung der Gesamtanlage erfolgt über ein zentrales Steuerpanel mit Funktio-nen zur Trendanalyse und Stördiagnose so-wie Anbindungsmöglichkeit an übergeord-nete Steuerungs- und Auswertesysteme.

lAufbereitung von Stadtwasser

Die Brauerei Frischbier bezieht als Rohwas-ser das Stadtwasser der Stadt Rösthausen, das mit einem relativ hohen Härtegrad von etwa 20 °dH vorliegt. Da es sich um Karst-wasser handelt – unterirdisches Wasser in verkarsteten Gesteinen – kann es bei hohen Niederschlägen zu einer Zunahme der Sand-partikel und erhöhter Keimzahl im Wasser kommen. Das gesamte Rohwasser wird des-halb zunächst in der Ultrafiltrationsanlage bei einer Leistung von 25 bis 45 m3 pro Stun-de von allen ungelösten Feststoffen größer als 0,02 μm befreit. Die Ultrafiltration bietet eine nahezu hundertprozentige Garantie der Entfernung von Bakterien und Viren.

Das so entkeimte Wasser durchläuft dann die Umkehrosmose, in der der Härte-grad auf fast 0 °dH reduziert wird. Dieses entkeimte und enthärtete Wasser wird nun mit entkeimtem, nicht enthärtetem Roh-wasser je nach Einsatzzweck rückverschnit-ten und auf einen bestimmten Härtegrad eingestellt. Die Brauerei unterscheidet vier Wasserqualitäten:

■ Brauwasser mit 5-6 °dH; ■ Prozesswasser für Reinigungszwecke

mit 2-3 °dH; ■ vollentsalztes Kesselspeisewasser; ■ Sanitärwasser.

Die unterschiedlichen Qualitäten wer-den separat in den Puffertanks gespeichert. Die Regelung der Aufbereitungsanlage ge-schieht über den Füllgrad der Tanks. Neigt sich der Tankinhalt dem Ende, erhöht die Anlage die Leistung. Füllen sich die Tanks weiter auf, kann die Anlage stufenlos zu-rückgeregelt werden. Mit der Kombination von KuK Expert UF und RO ist eine flexible Mengensteuerung der Rohwasseraufbe-

reitung möglich. Durch die Leitwertanpas-sung bei der Umkehrosmose lässt sich die Rohwasserqualität nach Bedarf einstellen.

lkosteneinsparungen im laufenden Betrieb

Vor der Installation der Wasseraufberei-tungsanlage hatte die Brauerei zwar auch schon mit einer Umkehrosmoseanlage die Enthärtung durchgeführt, die Entkeimung aber gemäß dem auch heute noch weit ver-breiteten Stand der Technik nur mit Ker-zenfiltern und UV-Anlagen vorgenommen. Dies führte dazu, dass immer wieder Keime auf die Umkehrosmose durchschlugen. Die Reinigung der Umkehrosmosemembranen musste dann chemisch, in der Regel mit Lauge und Säure sowie Wasserstoffperoxid, ausgeführt werden, was zu einer reduzier-ten Standzeit der Membranen führte. Auch wenn die Installation der neuen Wasser-aufbereitungsanlage in erster Linie eine Gewährleistung der mikrobiologischen Si-cherheit im Auge hatte, so sind die Kosten-einsparungen im laufenden Betrieb doch ein schöner Nebeneffekt. Rupert Malz rech-net vor, welche bisherigen Maßnahmen sich nun durch die neue Anlage erübrigen: Alle vier bis fünf Jahre mussten die Module der Umkehrosmose ausgetauscht werden, weil die Membranen aufgrund der häufigen chemischen Reinigung verschlissen wa-ren. Auch die Kerzenfilter und UV-Lampen mussten regelmäßig gewechselt werden. Im Rahmen eines Servicevertrags fand die-se chemische Reinigung viermal pro Jahr

Abb. 3 Hier steht dann Ihre Bildunterschrift

statt. So entstanden insgesamt Kosten, die sich pro Jahr auf 40 000-50 000 EUR ad-dierten und die nun entfallen.

lZusammenfassung

Die Brauerei Frischbier erneuerte 2012/2013 ihre Wasseraufbereitung. Dabei stand die mikrobiologische Qualität des Produktwassers besonders im Fokus. Installiert wurde die KuK Expert001 Was-seraufbereitungsanlage, die aus den Mo-dulen Ultrafiltration, Umkehrosmose, CIP-Einheit, zwei Puffertanks für Prozess- und Brauwasser sowie einem Lagertank für ent-salztes Kesselwasser besteht. Bei der Reini-gung der nach Hygienic Design-Vorgaben gebauten, komplett CIP- und SIP-fähigen Anlage wird auf den Einsatz von Desinfek-tionsmitteln gänzlich verzichtet. Auch bei der Produktwasseraufbereitung kommt kein Desinfektionsmittel zum Einsatz, es erfolgt kein Eintrag von Desinfektionsmit-telnebenprodukten. Stattdessen arbeitet die Anlage mit einem Ultrafiltrationsver-fahren mit Hohlfasermembranen, die Bak-terien und Viren mit einer Reduktionsrate von 10-6 (log6) zuverlässig eliminiert. Alle Anlagenteile und Rohrleitungen sind über die interne CIP-Anlage durchgängig bei ca. 85 °C mit Heißwasser sanitisierbar. Das per Ultrafiltration entkeimte Rohwasser wird mittels Umkehrosmose auf 0 ° dH einge-stellt und anschließend mit entkeimtem Wasser auf den jeweilig benötigten Härte-grad, z. B. Brauwasser (5-6 ° dH) oder Pro-zesswasser für Reinigung (2-3 °dH), rück-verschnitten. ■